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桥式整流电路计算公式及输出电压波形图 - 全文

文章来源:亚洲城人气:发表时间:2018-09-12 08:53

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  桥式整流器,英文 BRIDGE RECTIFIERS,也叫做整流桥堆,是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路,常用来将交流电转变为直流电。

  桥式整流电路如图1所示,图(a)、(b)、(c)是桥式整流电路的三种不同画法。由电源变压器、四只整流二极管D1~4和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式,故称桥式整流。

  桥式整流属于全波整流,它不是利用 副边带有中心抽头的变压器,用四个二极管接成电桥形式,使在电压V2的正负半周均有电流流过负载,在负载形成单方向的全波脉动电压。

  利用副边有中心抽头的变压器和两个二极管构成如下图所示的全波整流电路。从图中可见正负半周都有电流流过负载,提高了整流效率。

  输出电压VO高;脉动小;正负半周都有电流供给负载,因而变压器得到充分利用 ,效率较高。 主要参数:

  电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点,把电感器与负载串联起来,以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看,当电源提供的电流增大(由电源电压增加引起)时,电感器L把能量存储起来;而当电流减小时,又把能量释放出来,使负载电流平滑,电感L有平波作用。

  桥式整流电路电感滤波优点:整流二极管的导电角大,峰值电流小,输出特性较平坦。

  桥式整流电路电感滤波缺点:存在铁心,笨重、体积大,易引起电磁干扰,一般只适应于低电压、大电流的场合。

  例10.1.1桥式整流器滤波电路如图所示,已知V1是220V交流电源,频率为50Hz,要求直流电压VL=30V,负载电流IL=50mA。试求电源变压器副边电压v2的有效值,选择整流二极管及滤波电容。

  图10.5分别是单相桥式整流电路图和整流滤波电路的部分波形。这里假设t《0时,电容器C已经充电到交流电压V2的最大值(如波形图所示)。

  结论1:由于电容的储能作用,使得输出波形比较平滑,脉动成分降低输出电压的平均值增大。

  结论2:从图10.6可看出,滤波电路中二极管的导电角小于180o ,导电时间缩短。因此,在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流,必须选择较大容量的二极管。

  对于整流电压的输出电压大小,大家一定不陌生。很多人会说,输出平均值全波0.9倍,半波0.45倍的交流有效。但是在设计中,我们常常发现一个事实,例如在半波整流后,输出电压得到的不止0.45倍,9V交流整流后可能有11~12V。之前我一直很困惑,是我记错了计算倍数吗?翻了很多书籍,公式当然是没错的。那到底怎么回事?

  可能之前我们在学校学这个方面知识点的时候太过注重整流电路,而忽略了脉动比的概念,所以造成我们现在很多人对这一简单的知识不是很清晰。其实这里是由于整流电路后面接的滤波电容有关的,查阅模电知识我们即可了解到,整流后往往会加滤波稳压,而滤波电路会改变整流输出的脉动比,并且和负载有关。因此最终整流后得到的电压除了跟整流方式有关,还和负载、滤波电容大小有关系。RL*C的数值直接影响输出电压的大小。因此滤波电容选择其实不是随意的,而是需要根据负载选取合适的值。 接入滤波电路后,输出电压平均值近似取值为1.2倍,负载开路取1.414倍。 RC=(3-5)T/2 来确定电容容量选择。其中T表示电网周期电容滤波电路适用于负载电流较小情况,而电感滤波电路适用于大负载电流。(电流较大时R较小,C较难选择)

  半波整流就是利用 二极管的单向导电性能,使经变压器出来的电压Vo只有半个周期可以到达负载,造成负载电压VL是单方向的脉动直流电压。

  图5-1、是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B、整流二极管D和负载电阻Rfz,组成。变压器把市电电压(多为220伏)变换为所需要的交变电压e2,D再把交流电变换为脉动直流电。

  变压器砍级电压e2,是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压,它的波形如图5-2(a)所示。在0~K时间内,e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通,e2通过它加在负载电阻Rfz上,在~2时间内,e2为负半周,变压器次级下端为正,上端为负。这时D承受反向电压,不导通,Rfz,上无电压。在~2时间内,重复0~时间的过程,而在3~4时间内,又重复~2时间的过程这样反复下去,交流电的负半周就被“削”掉了,只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压,如图5-2(b)所示,达到了整流的目的,但是,负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化,因此,通常称它为脉动直流。

  这种除去半周、图下半周的整流方法,叫半波整流。不难看出,半波整说是以“牺牲”一半交流为代价而换取整流效果的,电流利用率很低(计算表明,整流得出的半波电压在整个周期内的平均值,即负载上的直流电压Usc=0.45e2)因此常用在高电压、小电流的场合,而在一般无线电装置中很少采用。

  如果把整流电路的结构作一些调整,可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图5-3是全波整流电路的电原理图。

  全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a、e2b,构成e2a、D1、Rfz与e2b、D2、Rfz,两个通电回路。

  全波整流电路的工作原理,可用图5-4所示的波形图说明。在0~间内,e2a对Dl为正向电压,D1导通,在Rfz上得到上正下负的电压;e2b对D2为反向电压,D2不导通(见图5-4(b)。在-2时间内,e2b对D2为正向电压,D2导通,在Rfz上得到的仍然是上正下负的电压;e2a对D1为反向电压,D1不导通(见图5-4(C)。

  如此反复,由于两个整流元件D1、D2轮流导电,结果负载电阻Rfz上在正、负两个半周作用期间,都有同一方向的电流通过,如图5-4(b)所示的那样,因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍)。

  图5-3所示的全波整滤电路,需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头,这给制作上带来很多的麻烦。另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压值得两倍。

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